SMT的组装质量与PCB焊盘设计的关系
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SMT的组装质量与PCB焊盘设计的关系

2009年11月18日10:40

前言

  SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的、十分重要的关系。如果PCB焊盘设计正确,贴装时少量的歪斜可以在再流焊时,由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正(称为自定位或自校正效应);相反,如果PCB焊盘设计不正确,即使贴装位置十分准确,再流焊后反而会出现元件位置偏移、吊桥等焊接缺陷。
  关键词:SMT PCB焊盘
  1、PCB焊盘设计
  根据各种元器件焊点结构分析,为了满足焊点的可靠性要求,PCB焊盘设计应掌握以下关键要素:
  1.对称性——两端焊盘必须对称,才能保证熔融焊锡表面张力平衡。
  2.焊盘间距—确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。焊盘间距过大或过小都会引起焊接缺陷。
  3.焊盘剩余尺寸——元件端头或引脚与焊盘搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。
  4.焊盘宽度——应与元件端头或引脚的宽度基本一致。
  以矩形片式元件为例,图5为焊盘结构示意图.如果违反了设计要求,再流焊时就会产生焊接缺陷,而且PCB焊盘设计的问题在生产工艺中是很难甚至是无法解决的。例如:
  1.当焊盘间距G过大或过小时,再流焊时由于元件焊端不能与焊盘搭接交叠,会产生吊桥、移位。
  2.当焊盘尺寸大小不对称(见图7),或两个元件的端头设计在同一个焊盘上时(见图8),由于表面张力不对称,也会产生吊桥、移位。
  3.导通孔设计在焊盘上,焊料会从导通孔中流出,会造成焊膏量不足(见图9)
  (二)焊膏质量及焊膏的正确使用
  焊膏中的金属微粉含量、金属粉末的含氧量、粘度、触变性都有一定要求。
  如果焊膏金属微粉含量高,再流焊升温时金属微粉随着溶剂、气体蒸发而飞溅,如金属粉末的含氧量高,还会加剧飞溅,形成锡珠。此外,如果焊膏粘度过低或焊膏的保形性(触变性)不好,印刷后焊膏图 形会塌陷,甚至造成粘连,再流焊时也会形成锡珠、桥接等焊接缺陷。
  焊膏使用不当,例如从低温柜取出焊膏直接使用,由于焊膏的温度比室温低,产生水汽凝结,即焊膏吸收空气中的水分,搅拌后使水汽混在焊膏中,再流焊升温时,水汽蒸发带出金属粉末,在高温下水汽会使金属粉末氧化,飞溅形成锡珠,还会产生润湿不良等问题。
  (三)元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘质量
  当元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染,或印制板受潮等情况下,再流焊时会产生润湿不良、虚焊,锡珠、空洞等焊接缺陷。
  (四)焊膏印刷质量
  据资料统计,在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下,表面组装质量问题中有70%的质量问题出在印刷工艺。印刷位置正确与否(印刷精度)、焊膏量的多少、焊锡量是否均匀、焊膏图形是否清晰有无粘连、印制板表面是否被焊膏粘污等都直接影响表面组装板的焊接质量。
  影响印刷质量的因素很多,主要有以下因素:
  1.首先是模板质量
  模板印刷是接触印刷,因此模板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生桥接,焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否光滑也会影响脱模质量。模板开口一定要喇叭口向下,否则脱模时会从喇叭口倒角处带出焊膏。
  2.其次是焊膏的粘度、印刷性(滚动性、转移性)、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。如果焊膏的印刷性不好,严重焊膏只是在模板上滑动,这种情况下是根本印不上焊膏的。
  3.印刷工艺参数
  焊膏是触变流体,具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时,对焊膏产生一定的压力,推动焊膏在刮板前滚动,产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力,焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变,切变力使焊膏的粘性下降,有利于焊膏顺利地注入网孔或漏孔。
  刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的粘度之间都存在一定的制约关系,因此只有正确控制这些参数,才能保证焊膏的印刷质量。例如刮刀压力过大,印刷时会造成焊膏图形粘连;印刷速度过快容易造成焊膏量不足。如没有及时将模板底部的残留焊膏檫干净,印刷时使焊膏粘污焊盘以外的地方等等,这些因素都会引起桥接、虚焊、锡珠等焊接缺陷。
  4.设备精度方面
  在印刷高密度窄间距产品时,印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用,如果印刷机没有配置视觉对中系统,即使人工图形对准时很精细,PCB的焊盘图形与模板漏孔图形完全重合,但对于PCB的加工误差还是无法解决的。
  5.对回收焊膏的使用与管理,环境温度、湿度、以及环境卫生,对焊点质量都有影响。回收的焊膏与新焊膏要分别存放,环境温度过高会降低焊膏粘度,湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分,湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发,环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。
  (五)贴装元器件

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